Dekarbonisierung bezeichnet in den Werkstoffwissenschaften die systematische Reduktion der treibhausrelevanten Kohlenstoffemissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Materialien – von Rohstoffgewinnung und Primärproduktion über Weiterverarbeitung bis zum Recycling. Im Fokus stehen insbesondere energieintensive Grundwerkstoffe wie Stahl, Aluminium, Zement, Glas und chemische Grundstoffe.

Zentral ist die Verringerung der prozessbedingten und energiebedingten CO₂-Emissionen. Prozessbedingte Emissionen resultieren direkt aus chemischen Reaktionen (z.B. Reduktion von Eisenerz mit Koks im Hochofen), energiebedingte aus der Bereitstellung von Prozesswärme und Elektrizität. Dekarbonisierungspfade umfassen daher (i) Substitution fossiler Energieträger durch erneuerbaren Strom und Wasserstoff, (ii) Prozessinnovationen (z.B. Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff, Elektrolichtbogenöfen auf Schrottbasis), (iii) Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz sowie (iv) Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS), wo unvermeidbare Emissionen anfallen.

Für die Stahlherstellung bedeutet Dekarbonisierung u.a. die Transformation vom koksbasierten Hochofen-Konverter-Prozess hin zu H₂-basierten Direktreduktionsrouten und kreislauforientierter Schrottnutzung. Werkstoffwissenschaftlich ergeben sich daraus Fragestellungen zur Thermodynamik und Kinetik neuer Reduktionsprozesse, zu Mikrostrukturentwicklung unter veränderten Prozessfenstern, zu Verunreinigungen durch steigende Recyclingraten sowie zur Lebensdauerbewertung unter neuen Einsatzbedingungen.

Dekarbonisierung erfordert zudem quantitative Lebenszyklusanalysen (LCA), um CO₂-Reduktionspotenziale von Werkstoffen, Prozessen und Produktdesigns belastbar zu bewerten. Sie ist damit kein singulärer Prozessschritt, sondern ein integraler Gestaltungsparameter künftiger Werkstoffsysteme.